作為生物膜法處理技術之一, 生物濾池在污水處理領域已有不少應用, 如工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖用到的各種生物包, 低污染源水的深度處理, 以及與其它水處理工藝的耦合等.在城市污水處理方面, 生物濾池常用于污水深度脫氮, 一般是強化硝化-反硝化, 對應的構(gòu)筑物有曝氣生物濾池、反硝化濾池等.曝氣生物濾池是目前研究和應用較多的一種, 有關其凈化機制、效能評價、參數(shù)優(yōu)化、技術開發(fā)等研究較多.然而持續(xù)曝氣的生物濾池不僅耗能高, 同時濾池內(nèi)的好氧環(huán)境也不利于反硝化.為此, 研究者們又提出了間歇曝氣生物濾池, 通過創(chuàng)造濾池內(nèi)的交替好氧/厭氧(或缺氧)狀態(tài), 不僅節(jié)能, 還有利于同步脫氮除磷。
對于新啟用的生物濾池而言, 掛膜所需時間長短會影響到實際生產(chǎn)應用.掛膜通常是指進行微生物適應性馴化, 定向培育或富集功能微生物.由于生物濾池的構(gòu)筑方式、處理對象、運行環(huán)境條件等多樣, 目前關于生物濾池的啟動時間長短報道不一.另外, 生物濾池的凈化效率不僅受控于濾料種類、填充深度、水力負荷、污染負荷、環(huán)境條件等, 還與池形(或流態(tài))密切相關, 如硝化型曝氣濾池可設計成下行流, 通過水-氣對流增加氧氣傳質(zhì)效果; 反硝化濾池可設計成折流式, 減小死水區(qū), 增加污染物與基質(zhì)的充分接觸, 延長停留時間。
生物濾池的凈化作用主要依賴于功能微生物, 后者又與上述影響因素密切相關.然而目前從微生物層面深入剖析濾池工況調(diào)整與凈化效率的量化關系及其機制的報道較少.為了探究曝氣、掛膜周期(或生物膜發(fā)育成熟度)、池形(或流態(tài))等改變對生物濾池凈化效率的影響, 本文設計了4種不同運行工況的生物濾池, 即3組垂直流濾池(MAVF、NAVF、NVF)和一組折流式水平流濾池(BHF). 4組濾池在同一環(huán)境條件下同步處理模擬配制的生活污水, 通過各組濾池凈化效率的比較及微生物群落結(jié)構(gòu)解析, 明確濾池凈化效率與上述影響因素的量化關系, 以期為實際生產(chǎn)應用提供理論指導.
材料與方法1.1 試驗系統(tǒng)設計與構(gòu)建試驗構(gòu)建的4組生物濾池框架均為有機玻璃, 其中3組垂直流濾池規(guī)格一致, 即L×W×H為48 cm×48 cm×60 cm, 水平流濾池為100 cm×48 cm×48 cm, 水平流濾池內(nèi)還設置了9個等間距平行交錯的折流板(39 cm×0.9 cm×48 cm). 4組濾池內(nèi)均填充孔徑3~5 mm、孔隙率為0.433的多孔陶粒; 垂直流、水平流濾池填充深度分別為38、34 cm.曝氣濾池安裝了曝氣系統(tǒng), 具體在曝氣濾池底部鋪設PVC布氣管, 布氣管直徑20 mm, 表面鉆有間距5~8 mm、大小5~6 mm的出氣孔; 布氣管內(nèi)穿插納米微孔曝氣管(內(nèi)徑×外徑=10 mm×15 mm), 后者通過聚乙烯軟管(內(nèi)徑×外徑=10 mm×13 mm)與旋渦風機相連(風量：60 m3·h-1; *大風壓：10 kPa; 品牌：亞士霸; 型號：HG-250;產(chǎn)地：浙江臺州).運行時, 污水經(jīng)水泵抽提后通過垂直流濾池表面的布水管流入濾池內(nèi), 其中MAVF濾池出水流入BHF濾池, 而NAVF和NVF濾池出水直接外排.各組濾池底部或末端裝有出水閥, 用于調(diào)控濾池排水。